一种内外涵联焰装置及具有该内外涵联焰装置的加力燃烧室

本技术涉及自适应变循环发动机加力燃烧室，具体涉及一种内外涵联焰装置及具有该内外涵联焰装置的加力燃烧室。

背景技术：

1、自适应循环发动机是一种十分有前景的未来飞行器动力装置，可以根据工作条件和需求的不同来改变涵道比和风扇压比，从而在宽广的飞行包线内获得了高性能。自适应循环发动机的工作特性要求它的加力燃烧室在大的涵道比变化范围内，能实现低流阻、高效点火和内外涵的高效联焰。

2、自适应循环发动机是一种变循环发动机，通用电气公司在上世纪就开展了变循环航空发动机的研究并提出了许多构型，它们的汇总报告《variable cycle enginedevelopments at general electric-1955-1995》(通用电气1955-1995的变循环发动机发展)发表在aiaa(美国航空航天学会)上。在21世纪初，美国空军就开展了vaate(多用途、可承担的先进涡轮发动机)计划对自适应循环发动机进行了验证，在2007年，美国空军联合通用电气开展了advent(自适应多用途发动机技术研究)计划，作为延续，在2013开展了aetd(自适应发动机技术发展)计划，目标是发展自适应循环发动机，为下一代战机提供动力。

3、为了适应宽广的工作范围，自适应循环发动机有着多个工作模态，且涵道比会在大范围内改变，如美国专利(us20120131902a1)提出的一种自适应循环发动机，涵道比变化范围为0.2-1。因此，自适应循环发动机加力燃烧室面临着大涵道比时外涵组织燃烧困难和大范围涵道比变化时外涵流通面积调节困难的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种内外涵联焰装置及具有该内外涵联焰装置的加力燃烧室，通过将传统加力燃烧室的分流环分段，从而构建了一个从外涵进入内涵的第一气流通道，并通过控制密封环的轴向平动来调节第一气流通道面积，以匹配自适应循环发动机的不同工作模态。由此，本发明通过第一气流通道引入部分外涵气与内涵进行混合并燃烧，降低了大涵道比模态下的加力燃烧室外涵组织燃烧的难度，提高加力燃烧室的整体工作效率。

2、在本发明的一个方面，提供一种内外涵联焰装置，包括：

3、第一分流环，分隔于外涵区域与内涵区域之间；

4、第二分流环，间隔地设置于所述第一分流环的轴向后侧，并分隔于所述外涵区域与所述内涵区域之间；以及

5、混合腔，位于所述内涵区域，并间隔地设置在所述第二分流环的径向内侧；

6、其中，所述第一分流环与所述第二分流环之间构成从所述外涵区域进入所述内涵区域第一气流通道，所述混合腔承接于所述第一气流通道的出口端，以使外涵区域的外涵空气通过所述第一气流通道进入所述混合腔的内部；

7、并且其中，所述混合腔与所述第一分流环之间构成第二气流通道，以使所述内涵区域的内涵燃气通过所述第二气流通道进入所述混合腔的内部。

8、优选地，所述内外涵联焰装置还包括：

9、气流控制装置，设置在所述第一分流环、所述第二分流环和所述混合腔三者中的至少一个之上，被配置为调整所述第一气流通道的流通面积，以控制从所述第一气流通道进入所述内涵区域的外涵空气的流量。

10、优选地，所述气流控制装置包括：

11、密封环，可移动地设置在所述第一分流环的径向外侧，并能够沿轴向朝所述第二分流环移动，以调整所述第一气流通道的流通面积；以及

12、作动装置，被配置为驱动所述密封环移动。

13、优选地，所述第二分流环包括：

14、分流环内壁，垂直于径向地设置在所述混合腔的径向外侧；

15、分流环前壁，从所述分流环内壁的前端倾斜向外且向前地延伸至所述外涵区域，并与所述第一分流环的后端之间构成所述第一气流通道；以及

16、分流环外壁，从所述分流环前壁的外端倾斜向内且向后地延伸至所述分流环内壁的后端。

17、优选地，所述内外涵联焰装置还包括：

18、导流环，固定设置在所述第二分流环上，并从所述分流环前壁的外端向前延伸。

19、优选地，所述分流环前壁相对于所述分流环内壁的倾斜角度介于5°～60°的范围内，以使得从所述第一气流通道进入所述内涵区域的外涵空气的静压与所述内涵区域的内涵燃气的静压的差值不超过设定压力差值。

20、优选地，所述分流环外壁在垂直于周向的截面上的投影为直线结构，所述分流环外壁相对于所述分流环内壁的倾斜角度介于3°～30°的范围内，以使得流经所述分流环外壁的外涵空气不产生气流分离；或者

21、所述分流环外壁在垂直于周向的截面上的投影为扩张角逐渐增大的曲线结构，即分流环外壁采用等压梯度设计，以使流经所述分流环外壁的外涵空气的静压变化率随流向为一常数。

22、优选地，所述第一气流通道的流通面积和导流环入口处外涵流通面积的比值被构造为使外涵空气由第一气流通道进入内涵区域的百分介于5％～65％的范围内，其中，所述导流环的长度介于1～16cm的范围内。

23、优选地，所述第二气流通道的流通面积与第一气流通道流通面积的比值被配置为：第一气流通道处于最大设计进气量时，从所述第二气流通道进入所述混合腔的内涵燃气与从所述第一气流通道进入所述混合腔的外涵空气相混合后的混合气的温度不低于燃油的着火点温度。

24、优选地，所述混合腔包括：

25、混合腔内壁，垂直于径向地设置在所述第二分流环的径向内侧；

26、混合腔前壁，从所述混合腔内壁的前端倾斜向外且向前地延伸，并与所述第一分流环的后端之间构成所述第二气流通道；以及

27、混合腔后壁，从所述混合腔内壁的后端倾斜向外且向后地延伸。

28、优选地，所述混合腔还包括：

29、尾缘，固定设置在所述混合腔后壁上，并从所述混合腔后壁的外端向后延伸。

30、优选地，所述混合腔前壁相对于所述混合腔内壁的倾斜角度介于5°～60°的范围内，以使得流经所述混合腔前壁的内涵燃气不产生气流分离。

31、优选地，所述内外涵联焰装置还包括：

32、喷油环，环绕地设置在所述混合腔内部，并靠近于所述混合腔内壁设置，所述喷油环与所述混合腔内壁之间的距离为1～10cm。

33、在本发明的另一个方面，提供一种加力燃烧室，包括根据前文任一项实施例所述的内外涵联焰装置。

34、优选地，所述加力燃烧室还包括：

35、外筒体；

36、中心锥，设置于所述外筒体的中心轴；

37、一体化支板，穿过所述混合腔和所述第二分流环地连接在所述外筒体和所述中心锥之间，并且其上设有多个第一喷油孔；以及

38、径向稳定器，设置在所述外筒体的内侧，并位于所述第二分流环的轴向后方，其上设有多个第二喷油孔。

39、优选地，所述加力燃烧室还包括：

40、可变外涵面积引射器，设置于所述第二分流环的轴向后端，能够沿轴向运动以改变所述外涵区域的流通面积。

41、综上所述，本发明通过在分流环上构建了一个可调面积的外涵进气狭缝，实现了加力燃烧室的分级混合和分级燃烧；通过设置可移动的密封环和作动装置，使密封环能根据气动需求轴向平动来改变第一气流通道的流通面积；通过将内涵燃气、外涵空气和燃油在混合腔内均匀混合，形成了易于点燃的油气混合物；以及通过在混合腔尾部的突扩形成低速回流区，从而更好地点燃混合腔尾部狭缝喷出的油气混合物。

42、基于此，本发明具有以下优点中的至少一个：

43、1.分级混合和分级燃烧有利于加力燃烧室的减长，且大大降低了在大涵道比时的外涵混合和组织燃烧难度；

44、2.通过密封环的轴向平动来控制第一气流通道的流通面积，较为简单地实现了自适应循环发动机的外涵面积调节需求，且可以和其它外涵面积调节装置组合使用；

45、3.在混合腔前部引入高温内涵气来对外涵气进行加热，有效降低了外涵空气的点火难度；

46、4.混合腔尾部突扩以简单的结构加强了混合腔的混合效果，同时还能作为尾部喷出的油气混合物的点火源。